Kjedereaksjon er en type reaksjon der produktet av reaksjonen kan bidra til ytterligere reaksjoner. Noen typiske eksempler er mange autoksidasjons-, forbrennings-, eksplosjons- og polymerisasjonsreaksjoner.
Ved kjedereaksjoner dannes det først reaktive molekyler, radikaler eller ioner, de såkalte kjedebærerne. (Om initiering, det vil si startreaksjon, se initiator). Hver av disse reagerer, mens det samtidig dannes en ny kjedebærer, som gir den samme reaksjonen igjen, med dannelse av en ny kjedebærer, og så videre. Denne kjeden av like enkeltreaksjoner fortsetter av seg selv inntil den blir avbrutt av at kjedebæreren blir involvert i en eller annen sidereaksjon som forbruker den. Dette kalles terminering eller avbruddsreaksjon.
Antall ganger enkeltreaksjonen gjentar seg for hver reaksjonskjede som startes, kalles den kinetiske kjedelengden. Denne kan være fra noen få til flere millioner. Kjedereaksjoner er derfor meget følsomme overfor såkalte inhibitorer, som er stoffer som reagerer raskt med de kjedebærerne som dannes ved initieringen og gir inaktive produkter med dem. Dette kan nesten fullstendig forhindre (inhibere) kjedereaksjonen. Antioksidanter er et typisk eksempel.
Kjedereaksjonshastigheten reduseres ofte av støvpartikler, som kan begunstige avbruddsreaksjonene. Antibankestoffet i blyholdig bilbensin antas å virke slik, idet det danner blyoksidstøv i sylindrene under forbrenningen. Når det ved enkeltreaksjonene i kjedereaksjonen ikke dannes én, men flere kjedebærere, vil reaksjonen forgrene seg og kunne ta et eksplosjonsartet forløp.